CN106393115A - 一种瓷砖抓取机构的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种瓷砖抓取机构的控制系统，属于瓷砖生产技术领域。包括抓取机构，用于将瓷砖抓取到码放区内的托盘上，抓取机构由下位机控制，实现抓取机构在X轴、Y轴、Z轴以及绕其自身旋转的W轴上的调速运动，其特征在于：与下位机相连并实现数据通讯，并包括：系统配置单元，用于对所抓的抓取机构运行过程中的参数进行设定；程序参数单元，用于设定、保存抓取机构所执行的抓取程序；以及抓取方式单元，用于确定抓取机构所要执行的，由程序参数单元设定、保存的抓取程序。在本瓷砖抓取机构的控制系统中，利用抓取机构按照预定的抓取程序对瓷砖进行抓住和转移，使得抓取机构对瓷砖的抓取和转移自动化程度更高且更为智能化。

Description

一种瓷砖抓取机构的控制系统

技术领域

一种瓷砖抓取机构的控制系统，属于瓷砖生产技术领域。

背景技术

在现有技术中，瓷砖在窑内烧制完成之后由包装系统进行包装，瓷砖在包装完成之后由传送装置传送至包装系统的末端进行转移。目前普遍采用人力对包装完成的瓷砖进行转移，由于瓷砖的重量较重，因此在人工搬运的过程中会消耗大量的人力物力，并且转移效率低下，更为重要的是，在人工搬运过程中，由于瓷砖较重，因此稍有不慎便会发生磕碰，造成瓷砖的损坏，甚至会对搬运工人人生安全造成威胁，严重影响了瓷砖生产流程的顺利进行。随着科技的发展和进步，在瓷砖生产领域也存在有一些厂家利用机器（如机械手）对瓷砖实现转移，并且相比较人力搬运更为省时省力，但是目前实现瓷砖转移的机器普遍存在自动化以及智能化程度较低的缺点，因此在一定程度上限制了瓷砖转移系统的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过抓取机构按照预定的抓取程序对瓷砖进行抓住和转移，并且使得抓取机构对瓷砖的抓取和转移自动化程度更高且更为智能化的瓷砖抓取机构的控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该瓷砖抓取机构的控制系统，包括抓取机构，用于将瓷砖抓取到码放区内的托盘上，抓取机构由下位机控制，实现抓取机构在X轴、Y轴、Z轴以及绕其自身旋转的W轴上的调速运动，其特征在于：与下位机相连并实现数据通讯，并包括：

系统配置单元，用于对所抓的抓取机构运行过程中的参数进行设定；

程序参数单元，用于设定、保存抓取机构所执行的抓取程序；

以及抓取方式单元，用于确定抓取机构所要执行的，由程序参数单元设定、保存的抓取程序。

优选的，所述的程序参数单元包括：

内容设置模块，用于设定程序名称、瓷砖码放区内托盘的尺寸、包装完成的瓷砖尺寸以及瓷砖在托盘上的摆放模式；

码放位置设置模块，用于设置瓷砖在托盘上的码放层数、每一层的码放方式以及瓷砖在托盘上的旋转角度。

优选的，所述的系统配置单元包括：

基本坐标配置模块，用于纠正抓取装置的机械零点和实际工作零点之间的误差；

坐标精度配置模块，用于设定抓取机构运动过程中，以目标位置为中心的移动目标区间；

角度与脉冲配置模块，用于配置抓取机构在W轴方向上运动时旋转的角度；

靠近距离设置模块，用于设定抓取机构在运行过程中距离目标位置的减速点的位置；

速度距离调整模块，用于将抓取机构的运行过程分为速度依次减小的若干区段。

优选的，还包括用于记录抓取机构在抓取过程中所抓取的瓷砖总和的生产记录单元。

优选的，还包括用于显示抓取机构运行过程中工作状态的状态显示单元。

优选的，还包括用于显示抓取机构运行过程中异常状态的报警信息单元。

优选的，在所述的系统配置单元中还包括运行参数配置模块，运行参数模块包括：

时间间隔设定单元，用于设定抓取机构在抓取过程中托盘出现空位的时间以及瓷砖到位时间；

托盘与坐标轴位置设定单元，用于设定托盘基点以及中点位置分别与X轴、Y轴的距离；

摆放与坐标位置设定单元，用于设置瓷砖在平行或垂直抓取时，瓷砖的X轴中心位置和Y轴最靠近挡板位置坐标。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、在本瓷砖抓取机构的控制系统中，利用抓取机构按照预定的抓取程序对瓷砖进行抓住和转移，使得抓取机构对瓷砖的抓取和转移自动化程度更高且更为智能化。

2、在利用码放位置设置模块进行设置时，可以根据需要选择自动模式或者自定义模式，当自动模式时，码放方便，有助于提高码放效率，当使用自定义模式时，有助于提高技术人员的码放灵活性。

3、用过设置基本坐标配置模块，有助于解决抓取装置的机械零点和实际工作零点之间存在着误差的情况。

4、通过设置坐标精度配置模块，用于完成抓取机构在运动过程中的精度控制，当抓取机构进入某一位置范围内时即可认为抓取机构已经移动到位，避免了目标坐标设为确定的一点时，抓取机构在某个轴上运动时无法跑到精度以内导致停机报警的情况发生。

5、通过对抓取机构抓取前的安全高度、抓取后的安全高度以及抓取瓷砖后放砖的安全高度进行设定，有助于避免抓取机构在运行过程中因为Z轴高度不够导致的瓷砖碰撞的情况发生。

6、在运行参数设置模块中，通过设置夹板厚度，在抓取机构码放瓷砖时，与相邻的已经码放完成的瓷砖之间留住一个夹板的间隙，以防止在码放的过程中误差的产生。

7、通过设置速度距离调整模块，使得抓取装置在每个轴运行时，开始时以全速运行，当依次进入设定的若干区段之后，速度依次递减，因此在抓取装置移动的末期以低速运行，降低了抓取装置以及瓷砖本身重量所带来的惯性，因此提高了定位的精准性和系统的运行稳定性。

8、通过设置报警信息单元，有助于记录本瓷砖抓取机构的控制系统在运行中出现的异常工作状态，特别是非持续性的异常状态，通过报警信息单元将出现异常状态的设备以及时间进行记录以便于技术人员确定故障原因。

附图说明

图1为瓷砖抓取机构的控制系统主程序组成方框图。

图2为瓷砖抓取机构的控制系统程序设置单元组成方框图。

图3为瓷砖抓取机构的控制系统系统配置单元组成方框图。

图4为瓷砖抓取机构的控制系统运行参数配置模块组成方框图。

具体实施方式

图1~4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~4对本发明做进一步说明。

在本瓷砖抓取系统中，包括矩形的抓取作业区，瓷砖包装线的末端与抓取作业区的后部相接，在瓷砖包装线的末端设置有瓷砖翻转机构，用于将在运送过程中水平放置的瓷砖翻转为竖直放置，在抓取作业区的上方设置有用于抓取和转移瓷砖的抓取机构，抓取机构的下方设置有用于对瓷砖进行夹取的夹板，在抓取作业区内还设置有至少一处瓷砖码放区，在瓷砖码防区内放置有托盘，抓取机构将瓷砖从瓷砖翻转机构上进行抓取后转移到瓷砖码放区内的托盘上。在抓取作业区内以坐标的形式对整个抓取作业区进行划分，并同时确定了抓取作业区内瓷砖码放区的坐标。

在抓取作业区的上方设置有驱动抓取机构运动的驱动装置，用于驱动抓取机构在各个方向进行运动。在本瓷砖抓取机构的控制系统中，针对抓取机构设置有四个方向的移动：将抓取机构沿抓取作业区长度方向的运动定义为X轴方向的运动；将抓取机构沿抓取作业区宽度方向的运动定义为Y轴方向的运动；将抓取机构在上下方向的运动定义为Z轴方向的运动；将抓取机构绕其自身旋转的运动定义为W轴方向的运动。用于驱动抓取装置在X轴、Y轴、Z轴以及W轴运动的为四台调速电机：X轴电机、Y轴电机、Z轴电机以及W轴电机，X轴电机、Y轴电机、Z轴电机以及W轴电机分别由四台变频器控制实现调速，四台对X轴电机、Y轴电机、Z轴电机以及W轴电机实现调速的变频器由下位机进行控制，本瓷砖抓取机构的控制系统作为上位机与下位机实现通讯，将控制信号发送至下位机通过下位机驱动抓取装置动作，并在抓取机构进行抓取的过程中接收下位机上传的参数，对抓取机构的下一步动作进行判断和控制。本瓷砖抓取机构的控制系统在执行后首先进行初始化，初始化完成之后抓取装置由机械原点移动至工作原点，等待抓取命令。

如图1所示，本瓷砖抓取机构的控制系统包括：状态显示单元、报警信息单元、生产记录单元、抓取方式单元、程序参数单元以及系统配置单元。

如图2所示，程序设置单元用于设置抓取装置在抓取时的抓取程序，程序设置单元由程序内容设置模块和码放位置设置模块组成，其中程序内容设置模块用于设定程序名称、瓷砖码放区内托盘的尺寸、包装完成的瓷砖尺寸以及瓷砖在托盘上的摆放模式。其中托盘的尺寸包括托盘的长度、宽度以及高度；瓷砖尺寸同样包括瓷砖的长度、宽度以及高度，由于瓷砖在进行抓取时为竖直放置的状态，因此在进行瓷砖尺寸的设置时，将瓷砖的实际厚度作为宽度进行设置。

在进行托盘尺寸和瓷砖尺寸的设置时，托盘大小必须大于包装面积，如果现实中托盘小于包装面积，在托盘尺寸的设置时就需要按照瓷砖尺寸进行设置。瓷砖在托盘上的摆放模式包括两种：平行于X轴（或Y轴）或垂直于X轴（或Y轴）的方向。当托盘尺寸、瓷砖尺寸以及摆放模式设定完成之后，在上位机上会以一定比例将托盘以图案的形式进行显示，同时在表示托盘的图案上将瓷砖码放位置进行显示。

码放位置设置模块用于设置瓷砖在托盘上的码放层数、码放图形以及瓷砖在托盘上的旋转角度。码放层数用于设置瓷砖在托盘上的码放总层数，码放图形用于设置瓷砖在托盘上的摆放规则。

在进行码放图形的设置时，由于在把包装放入托盘的时候会根据不通的层摆放不同的图形，如果不同的图形只有少数几层，其余的层是对设置层的重复，那只需要设置一次不同的层即可，程序会按照多次重复的方式进行摆放。比如第一层是一种摆放图形，第二层是另一种摆放图形，瓷砖在托盘上需要码放10层，则第1、3、5、7、9层按照第一层设置图形摆放，2、4、6、8、10按照第二层设置图形摆放，设置层图形后在窗口右侧托盘上会显示此图形。

在进行码放图形的设置时，可通过码放位置设置模块设置两种码放形式：自动摆放和自定义摆放，如果摆放的图形是非常规则的一排一行的摆放，就可以使用自动摆放来提高效率；如果码放图形非常复杂并且需要包装存在旋转设置时，可根据需要使用自定义摆放，对每块瓷砖的码放位置进行设置。

在进行自定义摆放模式时，需要通过码放位置设置模块对每包瓷砖的旋转角度以及摆放坐标进行设定。在进行旋转角度的设置时，以抓取装置在起始位置时的状态为0度，并根据需要将抓取装置设置旋转90度或旋转180度。

如图3所示，系统配置单元包括：基本坐标配置模块、坐标精度配置模块、角度与脉冲配置模块、运行参数配置模块、靠近距离配置模块以及速度距离调整模块。其中基本坐标配置模块、坐标精度配置模块、角度与脉冲配置模块中的参数均以脉冲作为单位。

在基本坐标配置模块中可以对X轴坐标、Y轴坐标、Z轴坐标以及Z轴零点到底面的坐标进行设定。基本坐标配置模块的作用是解决抓取装置的机械零点和实际工作零点之间存在着误差的情况，如输送轨道中线不能和机械零点重合，造成Y轴或者X轴产生偏移，通过对基本坐标配置模块中坐标的设定可以纠正这些误差。其中Z轴零点到地面是指抓取机构在Z轴方向上升至最高点后和抓取机构碰到地面后的脉冲差值。

坐标精度配置模块用于对X轴、Y轴、Z轴、W轴的精度、抓取机构抓取前的安全高度、抓取后的安全高度以及抓取瓷砖后放砖的安全高度进行设定。坐标精度配置模块用于完成抓取机构在运动过程中的精度控制，用于确定抓取机构在X轴、Y轴、Z轴、W轴方向上移动时的误差范围。如：抓取机构的目标位置为3400个脉冲，将抓取机构在X轴上的精度设定为200个脉冲，则抓取机构在X轴方向上运行至3300~3500个脉冲之间时，即表示抓取机构在X轴方向山已经到位，可以进行下一步运动。如果精度设置太小就会因为抓取机构在某个轴上运动时无法跑到精度以内导致停机报警，如果精度设置过大会使得抓取机构在某轴上运动时跑到误差以内就会被执行下个动作。

抓取机构抓取前的安全高度、抓取后的安全高度以及抓取瓷砖后放砖的安全高度用于避免抓取机构在运行过程中因为Z轴高度不够导致的瓷砖碰撞的情况发生。

角度与脉冲配置模块用于配置抓取机构在W轴方向的运动（转动）时旋转的角度，通过编码器得到抓取机构旋转的脉冲数计算得到抓取机构在W轴上旋转的角度。角度与脉冲配置模块对抓取机构在0°、90°、180°以及-90°的脉冲进行设定。当抓取装置旋转的脉冲数达到相应设定的脉冲数时，表示已经旋转到相应的角度。

如图4所示，运行参数配置模块包括：时间间隔设定单元、平行摆放与坐标位置设定单元、垂直摆放与坐标位置设定单元以及托盘与坐标轴位置设定单元。其中时间间隔设定单元以时间（秒）作为设定单位，平行摆放与坐标位置设定单元、垂直摆放与坐标位置设定单元以及托盘与坐标轴位置设定单元以脉冲作为设定单位。

托盘与坐标轴位置设定单元用于实现以下参数的设定：A托盘位基点到X轴基点位置、A托盘位中点到X轴基点位置、B托盘位基点到X轴基点位置、B托盘位中点到X轴基点位置。

时间间隔设定单元用于实现以下参数的设定：货位空确认时间和货位到位时间。其中货位空确认时间用于检测当托盘装满瓷砖同时装载车将装满瓷砖的托盘拖出抓取作业区后，用于检测托盘的光电开关处于长通状态。

时间间隔设定主要使用货位空确认时间设置，这个参数主要用于在托位满，平板车开出后监控光电没有产生通断并长通并托位的两个平板车轮开关长通在设定的时间后没有变化及确认货位空，抓取装置可以动作。如果平板车离开导致两个平板车轮开关长通长通，监控光电长通，而平板车未离开，这将导致系统认为托位没有平板车，抓取装置就会动作导致意外发生，请操作人员注意包装摆放满后及时清空托位。时间间隔设定设置必须非常谨慎。

平行摆放与坐标位置设定单元和垂直摆放与坐标位置设定单元均需要对如下参数进行设定：X轴坐标位置、Y轴坐标位置以及Z轴坐标位置。平行（或垂直）摆放与坐标位置用来确定包装物在平行（或垂直）抓取时，瓷砖的X轴中心位置和Y轴最靠近挡板位置坐标。

在运行参数配置模块中，还可以对如下参数进行设定：夹板厚度、夹板深度、货位高度极限以及斜拨距离。夹板厚度，通过设置夹板厚度，在抓取机构码放瓷砖时，与相邻的已经码放完成的瓷砖之间留住一个夹板的间隙，以防止在码放的过程中误差的产生。夹板深度是指抓取机构夹板底部平面到手指底部平面之间的距离。货位高度极限是地面到最高能摆放的高度，货位高度极限必须小于Z轴物理极限的高度。斜拨距离是在程序设置中那些需要垂直抓取而不能垂直摆放必须靠到支撑物时的斜拨距离，如果没有这个距离导致包装到位后抓取装置离开后包装物会随机的倒向前后任意方向导致损坏包装中的产品。

靠近距离设置模块，在抓取装置运行过程中需要高速运行，如果速度很快就无法准确的定位，通过靠近距离设置模块，抓取装置在到达指定的坐标位置前先到达一个由靠近距离设定的点，然后再慢慢靠近摆放的坐标以最佳精度把包装物放到位。

速度距离调整模块，机械手在运行过程中需要高速运行以提高抓取效率，但是由于由于抓取装置本身以及其夹取的瓷砖的总重量较重，因此抓取装置如果在移动的全程均以高速运行，抓取装置会因其自身惯性原因冲出设定坐标，甚至导致与其他物体发生碰撞。通过速度距离调整模块，将抓取装置的移动全程将X轴、Y轴、Z轴以及W轴的运动全程均人为的设置若干区段，使得抓取装置在每个轴运行时，开始时以全速运行，当依次进入设定的若干区段之后，速度依次递减，因此在抓取装置移动的末期以低速运行，降低了抓取装置以及瓷砖本身重量所带来的惯性，因此提高了定位的精准性和系统的运行稳定性。

抓取方式单元用于确定抓取机构需要执行的抓取程序，当执行抓取方式单元之后，进入程序选择界面，根据之前通过程序参数单元中设定的程序中选择要执行的程序。程序确定之后抓取机构准备按照预定程序执行抓取动作。

生产记录单元，生产记录单元用于记录抓取机构在抓取过程中所抓取的瓷砖总和。用于显示每次执行程序的程序名称、执行程序开始和结束的时间，抓取的瓷砖总数以及程序执行的状态。

状态显示单元用于显示本瓷砖抓取机构的控制系统在运行中各个电气元件的工作状态，如驱动抓取机构在不同轴上运行的电机以及其他检测元件（如限位开关、光电开关），并对每个电气元件不同的工作状态以不同颜色进行显示，如正常运行状态、故障运行状态以及加载状态。

报警信息单元用于记录本瓷砖抓取机构的控制系统在运行中出现的异常工作状态，特别是非持续性的异常状态，通过报警信息单元将出现异常状态的设备以及时间进行记录以便于技术人员确定故障原因。

具体工作过程及工作原理如下：

在本瓷砖抓取机构的控制系统开始运行后，首先进行初始化，初始化完成之后抓取装置由机械原点移动至工作原点，等待抓取命令。如果尚未设置抓取程序，则通过程序参数单元设置抓取机构的抓取程序。在利用程序参数单元将抓取程序设定完成后，保存设置的抓取程序。然后通过系统配置单元对抓取机构在抓取过程中的参数进行设置。设置完成之后，在使用抓取机构进行抓取操作时，通过抓取方式单元选择需要执行的抓取程序，抓取程序确认之后抓取机构开始执行瓷砖的抓取操作。

在抓取过程中，生产记录单元用于记录抓取机构在抓取过程中所抓取的瓷砖总和的统计。用于显示每次执行程序的程序名称、执行程序开始和结束的时间，抓取的瓷砖总数以及程序执行的状态。状态显示单元用于显示本瓷砖抓取机构的控制系统在运行中各个电气元件的工作状态，如驱动抓取机构在不同轴上运行的电机以及其他检测元件（如限位开关、光电开关），并对每个电气元件不同的工作状态以不同颜色进行显示，如正常运行状态、故障运行状态以及加载状态。报警信息单元用于记录本瓷砖抓取机构的控制系统在运行中出现的异常工作状态，特别是非持续性的异常状态，通过报警信息单元将出现异常状态的设备以及时间进行记录以便于技术人员确定故障原因。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种瓷砖抓取机构的控制系统，包括抓取机构，用于将瓷砖抓取到码放区内的托盘上，抓取机构由下位机控制，实现抓取机构在X轴、Y轴、Z轴以及绕其自身旋转的W轴上的调速运动，其特征在于：与下位机相连并实现数据通讯，并包括：

系统配置单元，用于对所抓的抓取机构运行过程中的参数进行设定；

程序参数单元，用于设定、保存抓取机构所执行的抓取程序；

以及抓取方式单元，用于确定抓取机构所要执行的，由程序参数单元设定、保存的抓取程序。

2.根据权利要求1所述的瓷砖抓取机构的控制系统，其特征在于：所述的程序参数单元包括：

内容设置模块，用于设定程序名称、瓷砖码放区内托盘的尺寸、包装完成的瓷砖尺寸以及瓷砖在托盘上的摆放模式；

码放位置设置模块，用于设置瓷砖在托盘上的码放层数、每一层的码放方式以及瓷砖在托盘上的旋转角度。

3.根据权利要求1所述的瓷砖抓取机构的控制系统，其特征在于：所述的系统配置单元包括：

基本坐标配置模块，用于纠正抓取装置的机械零点和实际工作零点之间的误差；

坐标精度配置模块，用于设定抓取机构运动过程中，以目标位置为中心的移动目标区间；

角度与脉冲配置模块，用于配置抓取机构在W轴方向上运动时旋转的角度；

靠近距离设置模块，用于设定抓取机构在运行过程中距离目标位置的减速点的位置；

速度距离调整模块，用于将抓取机构的运行过程分为速度依次减小的若干区段。

4.根据权利要求1所述的瓷砖抓取机构的控制系统，其特征在于：还包括用于记录抓取机构在抓取过程中所抓取的瓷砖总和的生产记录单元。

5.根据权利要求1所述的瓷砖抓取机构的控制系统，其特征在于：还包括用于显示抓取机构运行过程中工作状态的状态显示单元。

6.根据权利要求1所述的瓷砖抓取机构的控制系统，其特征在于：还包括用于显示抓取机构运行过程中异常状态的报警信息单元。

7.根据权利要求3所述的瓷砖抓取机构的控制系统，其特征在于：在所述的系统配置单元中还包括运行参数配置模块，运行参数模块包括：

时间间隔设定单元，用于设定抓取机构在抓取过程中托盘出现空位的时间以及瓷砖到位时间；

托盘与坐标轴位置设定单元，用于设定托盘基点以及中点位置分别与X轴、Y轴的距离；

摆放与坐标位置设定单元，用于设置瓷砖在平行或垂直抓取时，瓷砖的X轴中心位置和Y轴最靠近挡板位置坐标。